题目内容
【题目】如图所示,A、B间相距L=6.25 m的水平传送带在电机带动下始终以v=3 m/s的速度向左匀速运动,传送带B端正上方固定一挡板,挡板与传送带无限接近但未接触,传送带所在空间有水平向右的匀强电场,场强E=l×l06 N/C。现将一质量m=2 kg.电荷量q=l×10-5C的带正电绝缘小滑块轻放在传送带上A端。若滑块每次与挡板碰后都以原速率反方向弹回,已知滑块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.3,且滑块所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10 m/s2。求:
(1)滑块放上传送带后瞬间的加速度;
(2)滑块第一次反弹后能到达的距B端的最远距离;
(3)滑块做稳定的周期性运动后,电机相对于空载时增加的机械功率。
【答案】(1)a=2m/s2,方向水平向右;(2)3.25m;(3)18w
【解析】
试题分析:(l)滑块放上传送带后瞬间,受力如答图2所示
由牛顿第二定律有qE-mg=ma
代入数据解得a=2m/s2
方向水平向右
(2)设滑块第一次到达B点时速度为v1
由运动学规律有v12 =2aL
代入数据解得v1=5m/s
因v1>v,故滑块与挡板碰后将向左做匀减速直线运动,其加速度方向向右,大小设为a1
由牛顿第二定律有qE+mg=ma1
代入数据得a1=8 m/s2
设滑块与档板碰后至速度减为v经历的时间为t1,发生的位移为x1
由运动学规律有v=v1-a1t1,x1=v1t1- a1t12
代入数据得t1=0.25s,x1=1m
此后.摩擦力反向(水平向左),加速度大小又变为a.滑块继续向左减速直到速度为零,
设这段过程发生的位移为x2
由运动学规律有x2=
代入数据得x2=2.25m
当速度为零时,滑块离B最远,最远距离xm=x1+x2
代入数据解得,xm=3.25m
(3)分析可知.滑块逐次回到B点的速度将递减,但只要回到B点的速度大于v.滑块反弹后总要经历两个减速过程直至速度为零,因此滑块再次向B点返回时发生的位移不会小于x2,回到B点的速度不会小于v'==3m/s
所以,只有当滑块回到B点的速度减小到v=3m/s后,才会做稳定的周期性往返运动。在周期性往返运动过程中,滑块给传送带施加的摩擦力方向始终向右
所以,滑块做稳定的周期性运动后,电机相对于空载时增加的功率为P=mgv
代人数据解得P=18w